集成电路工艺制成介绍2

集成电路工艺制成介绍2第一页，共33页。热氧化与热制程制程初期，高温不影响元件制作，采用热氧化：PadOxide、Fox、牺牲性氧化层（SacrificialOxide）每生长1000AºSiO2，将消耗约400A的硅。SiO2的作用：①gate;②PadOxide;③mask;④SacrificialOxide;⑤FOX.4/17/20232第二页，共33页。热氧化与热制程主要的退火制程有：①后离子注入（PostIonImplantation）；②金属硅化物（Silicide）的退火。主要硅化金属材料有：WSix,TiSi2（用于Salicide制程）,MoSi2退火后，金属硅化物电阻率可降到只有原来的10%。在源漏contact处，为防止pick发生，做阻障层（BarrierLayer）TiN，但会影响欧姆接触，需溅镀Ti，退火后生成电阻很小的TiSi2。4/17/20233第三页，共33页。热氧化与热制程BPSG——硼磷硅玻璃（BorophosphosilicateGlass）BPSG进行热流动（Flow）所须的玻态转变温度较低850℃。SOG（Spin-OnGlass）溶液式二氧化硅，蒸除溶剂，固化400℃。RTP（RapidThermalProcessing）——快速热处理。基于900℃热制程会影响源漏的结深及MOS有效沟道长度，而提出的典型应用是Salicide制程。4/17/20234第四页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程图显示一个含LDD设计的n型MOS电晶体的截面结构，是一个为防止“短通道效应”采用LDD设计NMOS，避免因局部高电场所演生的热电子现象。

4/17/20235第五页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程下面来看NMOS的流程：SiO2与Si3N4的沉积光罩图案的转移

4/17/20236第六页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程Si3N4的蚀刻通道阻绝的植入，薄氧化层起到SacrificeOxide作用4/17/20237第七页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程场氧化层的成长与植入离子的越入

场氧化层鸟嘴的形成原因

4/17/20238第八页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程经Si3N4剥除后的晶片截面

垫氧化层的去除与主动区域的表面清洗

4/17/20239第九页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程闸氧化层及多晶矽层的制作，与多晶矽层的渗杂

WSix的沉积，在进行沉积WSi2之前用HF去除薄PSG

4/17/202310第十页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程闸极光阻的微影制程

闸极的干蚀刻定义4/17/202311第十一页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程闸极光阻的剥除

以闸极为罩幕，进行源极与汲极的N-离子植入

4/17/202312第十二页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程以CVD法，沉积SiO2；

经N-扩散之后，以非等向性干蚀刻技术，进行CVD-SiO2的间隙壁蚀刻；

4/17/202313第十三页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程以整个含有间隙壁的闸极罩幕，进行源极与汲极的N+离子植入。作用；1）隔离；2）N+注入罩幕

Ti/TiN/Al-Si-CuAlloy/TiN（防反射层）

以CVD法，沉积BPSG介电层于晶片上

4/17/202314第十四页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程将晶片置入热炉管内，进行BPSG层的热流

进行接触窗的微影制程

4/17/202315第十五页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程以干蚀刻或合并湿蚀刻的使用，将接触窗上的BPSG去除

执行BPSG的再热流之后（这个步骤视制程的需要而定），以DC溅镀的方式，将构成金属的各种导电材料，依次的沉积在晶片上，以完成金属层与MOS元件的接点接触

4/17/202316第十六页，共33页。ShortChannelNMOS的制作流程以后的薄膜沉积将使用温度较低的APCVD、PECVD，低于450℃保护层：Si3N4与BSG，防止损坏Al

将金属内连线的图案转移到光阻上

以干蚀刻法将部分金属层去除

沉积作为保护层用的PSG与Si3N4

4/17/202317第十七页，共33页。CMOS制程n井CMOS结构，其中PMOS由于热载子（HotCarrier）现象不严重，因此，没有所谓的LDD设计。N井CMOS的截面结构4/17/202318第十八页，共33页。CMOS制程流程：以第一片光罩的微影制程，将晶片上的主动区域加以定义以第二个N井微影，将晶片上非N井的区域加以保护

4/17/202319第十九页，共33页。CMOS制程以离子植入法，进行N井的掺杂

光阻去除后，以热扩散法，将掺质驱入，并形成如图所示的N井轮廓

4/17/202320第二十页，共33页。CMOS制程以NMOS通道阻绝光罩，将晶片步受通道阻绝植入的部分，以光阻加以保护

以离子植入法，植入作为NMOS通道阻绝之用的三价掺质

4/17/202321第二十一页，共33页。CMOS制程将光阻去除，晶片送入氧化炉管内，以湿式氧化法，将未被Si3N4保护的晶片表面氧化，而形成用以隔绝电晶体的场氧化层以离子植入法，将晶片上暴露于外界的主动区域，进行全面性的Vt调整植入

4/17/202322第二十二页，共33页。CMOS制程依顺序进行闸氧化层的成长，多晶矽层的沉积与掺杂及矽化钨的沉积。然后，以闸极微影及干蚀刻，将PMOS和NMOS上的闸极加以制作完成将光阻覆盖在不需要N-植入的晶片表面区域上

4/17/202323第二十三页，共33页。CMOS制程进行NMOS的N-离子植入

执行N-的沉积与非等向性蚀刻，以便在PMOS与NMOS闸极的两旁形成所谓的间隙壁（space）4/17/202324第二十四页，共33页。CMOS制程将作为NMOS的N+离子植入的光罩图案转移到光阻上，然后进行N+的植入

将用来阻挡离子植入的光阻覆盖在晶片的部分区域，以便于进行P+的选择性植入

4/17/202325第二十五页，共33页。CMOS制程基本完成CMOS前段流程薄膜技术：降低所需温度、阶梯覆盖能力微影技术：光阻解析度，聚焦深度蚀刻技术：非等向性，选择性4/17/202326第二十六页，共33页。多种金属连线制程界面的平坦化会影响曝光的聚焦，从而影响图形传递的精确度与解析度。由于AL的熔点较低，所以后续的薄膜沉积只能用温度低于450℃的PECVD技术，另外先前的BPSG由于热流温度850℃～900℃，也不能再用了。4/17/202327第二十七页，共33页。多种金属连线制程SOG旋涂玻璃（Spin-OnGlass）可用的一种平坦化技术，沟填能力（GapFill）强

图（a）刚沉积在有高低起伏的晶片表面的介电层截面（b）经部分平坦化后的介电层外观；（c）具备局部平坦度的介电层（d）具备全面性平坦度的介电层4/17/202328第二十八页，共33页。多种金属连线制程SOG缺点：1.易造成微粒（Particles）2.有龟裂及剥离（Delamination）现象3.有残余溶剂“出气（Outgassing）”问题4/17/202329第二十九页，共33页。多种金属连线制程下图是实际应用采用的结构，这一技术可以进行制程线宽到0.5μ的沟填（GapFill）与平坦化。列有两种主要的SOG的平坦化流程。

制程启始于晶片已完成第一层金属层的蚀刻；

以PECVD法沉积第一层SiO2进行SOG的涂布与固化。

4/17/202330第三十页，共33页。多种金属连线制程紧接着，SOG的制程将分为有/无回蚀两种方式。在有回蚀的SOG制程中，上完SOG的晶片，将进行电浆干蚀刻，以去除部分的SOG

然后再沉积第二层PECVDSiO2，而完成整个制作流程

至于